一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线的制作方法

1.本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线。


背景技术：

2.与传统常用的普通反射面天线相比，波导平板阵列天线机械强度高、天线结构紧凑，不会因为有馈源照射产生相应的不必要能量损耗，没有馈源遮挡辐射口径。在应用于高速运动载体方面，波导平板阵列天线有着体积小、厚度低的特点，同时便于和载体共性的特性使得天线对空气阻力或者是水的阻力适应性好，不容易受到损伤，有效减小了天线故障概率，延长天线的使用寿命。与微带平板阵列天线相比，波导平板阵列天线功率容量高、损耗小。因此被广泛应用于侦查、预警和对抗雷达，机载和导弹天线、车载卫星接收天线、卫星通信和微波通信系统等领域。
3.波导平板阵列天线的辐射单元通常采用宽边纵向缝隙作为辐射单元，但是这种宽边纵向缝隙仅可以同时工作在一个频段下，无法满足同时工作在两个频段下天线的要求。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明实施例提供了一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，包括：依次层叠设置的栅格层、辐射层、矩形激励腔体层、馈电网络层和中心馈电层，其中，
6.所述栅格层上设置有矩形栅格，所述矩形栅格的水平和垂直方向的去耦栅高度相等；
7.所述辐射层上设置有第一辐射缝、第二辐射缝、肩臂、凹槽、扼流槽，所述肩臂表面中心线的两侧均匀设置有呈交错状分布的第一辐射缝，相邻两个所述肩臂之间形成所述凹槽，所述第二辐射缝呈交错状分布在所述凹槽中心线的两侧，两个所述凹槽之间形成所述扼流槽，所述第二辐射缝的长度大于所述第一辐射缝的长度，所述水平和垂直方向的去耦栅位于相邻所述第一辐射缝之间；
8.所述矩形激励腔体层上设置有矩形腔和矩形窗口，所述矩形窗口设置在所述矩形腔的中心，所述矩形腔对应四个所述第一辐射缝和一个所述第二辐射缝；
9.所述馈电网络层包括多个馈电波导和h-t波导馈电网络，每个所述馈电波导的一端短路，另一端与所述h-t波导馈电网络连接，所述馈电波导与所述矩形窗口相对应；
10.所述中心馈电层的中心设置有垂直于阵面的馈电口，所述馈电口的正对处设置有匹配台阶。
11.在本发明的一个实施例中，沿所述肩臂的长度方向，相邻所述第一辐射缝之间的第一间距相等；沿所述凹槽的长度方向，相邻所述第二辐射缝之间的第二间距相等。
12.在本发明的一个实施例中，所述第二间距为所述第一间距的2倍。
13.在本发明的一个实施例中，所述凹槽的宽度为所述扼流槽的两倍。
14.在本发明的一个实施例中，所述h-t波导馈电网络包括等臂长等功分波导h-t功分器和等臂长不等功分波导h-t功分器，其中等臂长等功分波导h-t功分器和等臂长不等功分波导h-t功分器级联形成不等功分波导h-t功分网络。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果：
16.1、本发明的天线中设置长度不等的第一辐射缝和第二辐射缝，且第一辐射缝设置在肩臂上，第二辐射缝设置在凹槽中，不仅可以有效利用空间尺寸，降低天线的厚度，而且能够满足两个不同频带的工作，实现了双频段波段对辐射缝隙的要求。
17.2、本发明的天线通过引入栅格层、中心馈电层设计，并成功与其它结构层相结合，达到实现提高天线方向图不圆度、改善天线驻波带宽、实现天线机械中心馈电的目的。
附图说明
18.图1为本发明实施例提供的一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线的结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的一种栅格层的结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的一种辐射层的结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的一种矩形激励腔体层的结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的一种馈电网络层的结构示意图；
23.图6为本发明实施例提供的一种中心馈电层的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
25.实施例一
26.请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线的结构示意图，该基于机械中心馈电的波导平板阵列天线包括：依次层叠设置的栅格层10、辐射层20、矩形激励腔体层30、馈电网络层40和中心馈电层50。当该天线接收电磁波信号时，矩形激励腔体层30将辐射层20接收来的电磁波信号耦合到馈电网络层40；当该天线发射电磁波信号时，矩形激励腔体层30将馈电网络层40中的电磁波信号耦合到辐射层20；栅格层10用于减小辐射缝间的相互耦合，改善天线方向图的不圆度；中心馈电层50用于实现信号的输入输出。
27.请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种栅格层的结构示意图。栅格层10上设置有矩形栅格11，矩形栅格11的水平和垂直方向的去耦栅高度相等，且水平和垂直方向的去耦栅位于辐射层20中的相邻第一辐射缝21之间。水平方向和垂直方向的去耦栅宽度不一致，通过优化宽度的大小，通过线切割工艺减小直角处的倒角半径，可以改善天线方向图的不圆度。
28.请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种辐射层的结构示意图。辐射层20上设置有第一辐射缝21、第二辐射缝22、肩臂23、凹槽24、扼流槽25，肩臂23表面中心线的两侧均匀设置有呈交错状分布的第一辐射缝21，相邻两个肩臂23之间形成凹槽24，第二辐射缝22
呈交错状分布在凹槽24中心线的两侧，两个凹槽24之间形成扼流槽25，第二辐射缝22的长度大于第一辐射缝21的长度。具体地，第一辐射缝21可以为高频段辐射缝，第二辐射缝22可以为低频段辐射缝，高频段辐射缝和低频段辐射缝的作用为为天线发射或接收的电磁波提供进入或辐射处天线的通道；扼流槽25的作用为保持波导电器连续。
29.本实施例中，将第一辐射缝21设置在肩臂上，将第二辐射缝22设置在凹槽中，可以有效利用空间尺寸，降低天线的厚度，满足天线扫描间距要求；而且，两个辐射缝的长度不相等，不仅可以在低频段进行扫描，也可以在高频段进行扫描，能够满足两个不同频带的工作，实现双频段波段对辐射缝隙的要求。
30.具体地，沿肩臂23的长度方向，相邻第一辐射缝21之间的第一间距相等；沿凹槽24的长度方向，相邻第二辐射缝22之间的第二间距相等；并且，第二间距为第一间距的2倍；凹槽24的宽度为扼流槽25的两倍。上述辐射缝间距和凹槽的设置可以使得天线在实现双频段的同时具备高增益、高效率的特点。
31.请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种矩形激励腔体层的结构示意图。矩形激励腔体层30上设置有矩形腔31和矩形窗口32，矩形窗口32设置在矩形腔31的中心，矩形腔31对应四个第一辐射缝21和一个第二辐射缝22，以实现宽带等幅同相的激励。
32.具体地，矩形窗口32设置在矩形腔31底面的正中心，将矩形腔31内的信号汇聚起来并传递给馈电网络层40，其起到馈电网络终端负载的作用。
33.请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种馈电网络层的结构示意图，馈电网络层40包括多个馈电波导41和h-t波导馈电网络42，每个馈电波导41的一端短路，另一端与h-t波导馈电网络42连接，馈电波导41和h-t波导馈电网络42分布在同一个平面，使得信号可以经波h-t波导馈电网络进入馈电波导42；馈电波导41与矩形腔31相对应。
34.具体地，h-t波导馈电网络42包括等臂长等功分波导h-t功分器422和等臂长不等功分波导h-t功分器421，其中等臂长等功分波导h-t功分器422和等臂长不等功分波导h-t功分器421级联形成不等功分波导h-t功分网络。
35.本实施例的h-t波导馈电网络42级联方便，采用等臂长等功分波导h-t功分器422和等臂长不等功分波导h-t功分器421组网网络布局简单，横向尺寸紧凑，适用于空间有限的场合。
36.请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种中心馈电层的结构示意图。中心馈电层50的中心设置有垂直于阵面的馈电口51，以实现阵列天线的中心馈电；馈电口51与h-t波导馈电网络42的中心相对应。进一步地，馈电口51的正对处设置有匹配台阶52，用于调节馈电口处的反射损耗，同时引导电磁波的传导方向。该中心馈电层中，馈电口位于天线阵面的机械中心，实现平板阵列天线的机械中心馈电，易于应用系统更改和其它天线替换。
37.本发明的天线通过引入栅格层、中心馈电层的设计，并成功与其它结构层相结合，达到实现提高天线方向图不圆度、改善天线驻波带宽、实现天线机械中心馈电的目的。
38.本实施例的天线采用分层设计，易于批量加工制造，可用于卫星通信和微波通信系统等领域。
39.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。

技术特征：
1.一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，其特征在于，包括：依次层叠设置的栅格层(10)、辐射层(20)、矩形激励腔体层(30)、馈电网络层(40)和中心馈电层(50)，其中，所述栅格层(10)上设置有矩形栅格(11)，所述矩形栅格(11)的水平和垂直方向的去耦栅高度相等；所述辐射层(20)上设置有第一辐射缝(21)、第二辐射缝(22)、肩臂(23)、凹槽(24)、扼流槽(25)，所述肩臂(23)表面中心线的两侧均匀设置有呈交错状分布的第一辐射缝(21)，相邻两个所述肩臂(23)之间形成所述凹槽(24)，所述第二辐射缝(22)呈交错状分布在所述凹槽(24)中心线的两侧，两个所述凹槽(24)之间形成所述扼流槽(25)，所述第二辐射缝(22)的长度大于所述第一辐射缝(21)的长度，所述水平和垂直方向的去耦栅位于相邻所述第一辐射缝(21)之间；所述矩形激励腔体层(30)上设置有矩形腔(31)和矩形窗口(32)，所述矩形窗口(32)设置在所述矩形腔(31)的中心，所述矩形腔(31)对应四个所述第一辐射缝(21)和一个所述第二辐射缝(22)；所述馈电网络层(40)包括多个馈电波导(41)和h-t波导馈电网络(42)，每个所述馈电波导(41)的一端短路，另一端与所述h-t波导馈电网络(42)连接，所述馈电波导(41)与所述矩形窗口(32)相对应；所述中心馈电层(50)的中心设置有垂直于阵面的馈电口(51)，所述馈电口(51)的正对处设置有匹配台阶(52)。2.如权利要求1所述的基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，其特征在于，沿所述肩臂(23)的长度方向，相邻所述第一辐射缝(21)之间的第一间距相等；沿所述凹槽(24)的长度方向，相邻所述第二辐射缝(22)之间的第二间距相等。3.如权利要求2所述的基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，其特征在于，所述第二间距为所述第一间距的2倍。4.如权利要求1所述的基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，其特征在于，所述凹槽(24)的宽度为所述扼流槽(25)的两倍。5.如权利要求1所述的基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，其特征在于，所述h-t波导馈电网络(32)包括等臂长等功分波导h-t功分器(322)和等臂长不等功分波导h-t功分器(321)，其中等臂长等功分波导h-t功分器(322)和等臂长不等功分波导h-t功分器(321)级联形成不等功分波导h-t功分网络。

技术总结
本发明涉及一种基于机械中心馈电的波导平板阵列天线，包括依次层叠设置的栅格层、辐射层、矩形激励腔体层、馈电网络层和中心馈电层，辐射层上设置有第一辐射缝、第二辐射缝、肩臂、凹槽、扼流槽，肩臂表面中心线的两侧均匀设置有呈交错状分布的第一辐射缝，相邻两个肩臂之间形成凹槽，第二辐射缝呈交错状分布在凹槽中心线的两侧，两个凹槽之间形成扼流槽，第二辐射缝的长度大于第一辐射缝的长度，水平和垂直方向的去耦栅位于相邻第一辐射缝之间。该天线中设置长度不等的第一辐射缝和第二辐射缝，且第一辐射缝设置在肩臂上，第二辐射缝设置在凹槽中，能够满足两个不同频带的工作，实现了双频段波段对辐射缝隙的要求。双频段波段对辐射缝隙的要求。双频段波段对辐射缝隙的要求。


技术研发人员：张小磊 王孟 董少航
受保护的技术使用者：西安三维通信有限责任公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25